一種光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置，是基于磁通門技術(shù)的漏電流檢測(cè)方法，由一個(gè)專門的電路驅(qū)動(dòng)可飽和電感傳感元件，使其循環(huán)工作在磁滯回線上，然后利用這種磁效應(yīng)檢測(cè)漏電流。本發(fā)明能夠精確地檢測(cè)光伏逆變器中交直流漏電流，且實(shí)現(xiàn)方便簡(jiǎn)單，并能夠降低成本。
【專利說明】一種光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏逆變器領(lǐng)域，具體說是一種基于磁通門技術(shù)的光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置，用于光伏逆變器等需要檢測(cè)毫安級(jí)交直流電流的場(chǎng)合?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]無隔離型光伏逆變器在提高整個(gè)系統(tǒng)的效率的同時(shí)，也帶來了漏電流的問題。漏電流會(huì)造成電磁干擾，電網(wǎng)電流失真以及系統(tǒng)額外的損耗。為了減少漏電流帶來的負(fù)面影響，就要把電路的漏電流限制在安全的范圍內(nèi)。在VDE0126-1-1，2006-02標(biāo)準(zhǔn)中，不同的漏電流大小需要在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)斷開逆變器和電網(wǎng)的連接。
[0003]當(dāng)前，漏電流保護(hù)裝置已經(jīng)在各個(gè)不同場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有的漏電流保護(hù)裝置主要由差分轉(zhuǎn)換器、后續(xù)處理電路以及機(jī)械結(jié)構(gòu)等三部分組成。其中，用于檢測(cè)漏電流的部分包括一個(gè)圓形或矩形的磁芯，磁芯上繞有數(shù)百匝的細(xì)銅線，用一個(gè)金屬屏蔽層將磁芯及銅線覆蓋住，以避免外界磁場(chǎng)干擾。所有的電流母線從磁芯中穿過。在不存在漏電流的情況下，穿過磁芯的所有電流的矢量和為零，那么基于安培環(huán)路定理可知，此時(shí)磁芯中不存在磁通量；如果存在漏電流，那么電流矢量和將不為零，同時(shí)，漏電流將導(dǎo)致磁芯中出現(xiàn)可變磁通量；進(jìn)一步地，該可變磁通量將導(dǎo)致線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。后續(xù)處理電路對(duì)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行處理和分析，如果分析結(jié)果顯示當(dāng)前的漏電流大于預(yù)先設(shè)定的閾值，則通過激活機(jī)械裝置來切斷電源，以執(zhí)行保護(hù)功能。這種裝置一般要在環(huán)形磁芯上留一個(gè)氣隙，用來裝傳感器，比如感應(yīng)磁場(chǎng)的霍爾傳感器等。利用霍爾片感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，輸出相應(yīng)的霍爾電壓。這給加工磁環(huán)帶來一定的難度，同時(shí)昂貴的霍爾傳感器增加了漏電流保護(hù)裝置的成本。
[0004]考慮到漏電流通常比較小，因此磁芯需要采用昂貴的坡莫合金材料制成。這是因?yàn)槠履辖鸬南鄬?duì)磁導(dǎo)率較大，會(huì)使得線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，便于處理和分析，否則，如果感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)過小的話，后續(xù)會(huì)很難處理。另外，如果要檢測(cè)的漏電流較大，那么磁芯需要較大的截面，以避免出現(xiàn)磁通飽和現(xiàn)象，影響檢測(cè)的正常進(jìn)行；但是如果漏電流非常的大，那么就需要磁通的截面非常大，相應(yīng)地，就會(huì)導(dǎo)致裝置的體積非常大。
[0005]可見，現(xiàn)有檢測(cè)方式雖然能檢測(cè)出一定范圍內(nèi)的漏電流，但是，由于需要使用坡莫合金等材料，而且需要增大磁芯面積或者專門設(shè)置用于檢測(cè)較大漏電流的設(shè)備，因此，增加了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)成本。而且，由于只有交流電才能在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此現(xiàn)有檢測(cè)方式不適用于檢測(cè)直流漏電流?，F(xiàn)有檢測(cè)方式也不適用于檢測(cè)具有較高頻率的較大的漏電流，因?yàn)榫哂休^高頻率的較大漏電流會(huì)導(dǎo)致線圈中出現(xiàn)渦流，進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要目的在于提供一種光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)交、直流漏電流的檢測(cè)，具有較好的線性度，且實(shí)現(xiàn)起來簡(jiǎn)單方便，并能夠降低成本。
[0007]為解決上述問題提出以下解決方案:
[0008]一種光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置，由傳感元件部分、后續(xù)處理電路部分、方形固定支架、控制板電路、連接接口、光伏逆變器輸出線構(gòu)成，其中:傳感元件由細(xì)銅線繞制在環(huán)形磁芯材料上形成電感線圈而成，包括兩個(gè)繞組(2)即匝數(shù)較小的繞組M02-M04(7)、匝數(shù)較多的繞組M01-M03(8);后續(xù)處理電路包含恒流源電路(9)、方波激勵(lì)電路(10)、濾波偏置電路(11)。
[0009]進(jìn)一步地:匝數(shù)較少的繞組M02_M04(7)和恒流源電路(9)結(jié)合，用于檢驗(yàn)?zāi)K能否正常工作；匝數(shù)較多的繞組M01-M03(8)和方波激勵(lì)電路(10)結(jié)合，用于驅(qū)動(dòng)可飽和電感循環(huán)工作在磁滯回線上。
[0010]進(jìn)一步地，所述環(huán)形磁芯⑴用于加強(qiáng)由光伏逆變器輸出線(5)中的漏電流I P和兩組繞組(2)中電流所引起的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，環(huán)形磁芯一般由微晶，非晶，坡莫合金等鐵磁材料制作的。
[0011]進(jìn)一步地，所述濾波偏置電路(11)用于將MOl輸出電壓信號(hào)經(jīng)過濾波偏置處理后輸出電壓Vm，從而確定當(dāng)前漏電流的大小。
[0012]進(jìn)一步地,所述電感線圈在零磁通附近電感較大,在飽和時(shí)電感較小，并且電感由飽和到不飽和可突變。
[0013]進(jìn)一步地，所述連接接口用于和光伏逆變器控制板和輔助電源電路連接。
[0014]進(jìn)一步地，所述方形固定支架用來固定電感線圈并便于和后續(xù)電路模塊進(jìn)行連接。
[0015]進(jìn)一步地，所述光伏逆變器輸出線從環(huán)形磁芯中穿過。
[0016]本發(fā)明是基于磁通門技術(shù)的漏電流檢測(cè)方法。磁通門技術(shù)檢測(cè)的基本原理是漏電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)由一個(gè)特殊的傳感元件檢測(cè)，而這個(gè)傳感元件將由一個(gè)專門的電路驅(qū)動(dòng)，使其循環(huán)工作在磁滯回線上，然后利用這種磁效應(yīng)檢測(cè)漏電流。具體應(yīng)用在發(fā)明中的原理是利用一個(gè)可飽和電感作為傳感元件，而這個(gè)可飽和電感將由一個(gè)專門的電路驅(qū)動(dòng)，使其循環(huán)工作在磁滯回線上。可飽和電感的磁飽和程度受驅(qū)動(dòng)電路和漏電流的共同影響。當(dāng)沒有漏電流時(shí)，在方波激勵(lì)電壓作用下的可飽和電感電流波形如圖1所示。當(dāng)漏電流不為零時(shí)，漏電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)將影響可飽和電感在方波激勵(lì)電壓作用下的電流波形，電流波形如圖2所示。將上述電流波形轉(zhuǎn)化為電壓波形，經(jīng)過濾波處理即可得到均值電壓，而這個(gè)電壓值和漏電流的大小存在線性關(guān)系，從而可以由電壓值推導(dǎo)出漏電流的大小。
[0017]相比于現(xiàn)有漏電流檢測(cè)技術(shù)，本發(fā)明所述方案具有以下優(yōu)勢(shì):
[0018]1.本發(fā)明檢測(cè)漏電流的方法是基于磁通門技術(shù)的。采用磁通門技術(shù)，有如下優(yōu)點(diǎn):低失調(diào)和失調(diào)漂移，因?yàn)榇判臼窃谡麄€(gè)磁滯回線上循環(huán)工作的；相比霍爾傳感器，其更能在小電流上體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)；有較強(qiáng)的過電流恢復(fù)能力；相比其它技術(shù)，其有更高的靈敏度；很大的動(dòng)態(tài)范圍；聞帶寬；低溫漂等。
[0019]2.本發(fā)明所述的方案中，傳感元件只需要一個(gè)可飽和的電感?？娠柡偷碾姼性诹愦磐ǜ浇姼休^大，在飽和時(shí)電感較小，并且電感由飽和到不飽和可突變。相比價(jià)格昂貴的霍爾傳感器，本方案降低了實(shí)現(xiàn)成本。
[0020]3.本發(fā)明所述的方案中，考慮到本裝置批量生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品合格檢查的方便，專門設(shè)計(jì)了檢驗(yàn)?zāi)K，即匝數(shù)較少的繞組和恒流源電路的組合。
[0021]4.本發(fā)明所述的方案中，電感線圈的制作相比其它的傳感元件簡(jiǎn)單。磁芯采用的是環(huán)形磁芯。對(duì)制造商來說，環(huán)形磁芯是最經(jīng)濟(jì)的，在于其可比的各種磁芯中，它的花費(fèi)是最低的。磁芯的材料一般由微晶，非晶，坡莫合金等鐵磁材料制作的，所以可飽和電感一般都具有很高的起始磁導(dǎo)率和很高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。電感線圈一般采用細(xì)銅線繞制而成，包括兩個(gè)繞組，一個(gè)繞組的匝數(shù)較少，另一個(gè)繞組的匝數(shù)較多。
[0022]5.本發(fā)明所述方案中，可以檢測(cè)光伏逆變器的毫安級(jí)別的交直流漏電流。檢測(cè)漏電流的范圍可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行電路調(diào)節(jié)，比如根據(jù)A/D 口的采集電壓范圍，設(shè)計(jì)不同的漏電流和輸出電壓的比例關(guān)系，從而達(dá)到不同的檢測(cè)精度。檢測(cè)漏電流的頻率范圍也可以根據(jù)需要進(jìn)行電路調(diào)節(jié)，頻率范圍主要和電感線圈以及通過電感線圈電流的電路有關(guān)。本發(fā)明能應(yīng)用在光伏逆變器漏電流檢測(cè)中，既能檢測(cè)微弱的直流漏電流，又能檢測(cè)工頻及工頻諧波的交流漏電流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為沒有漏電流時(shí)可飽和電感在方波激勵(lì)電壓作用下的電流波形圖；
[0024]圖2為有漏電流時(shí)可飽和電感在方波激勵(lì)電壓作用下的電流波形圖；
[0025]圖3為本發(fā)明光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置原理圖；
[0027]圖5為沒有漏電流時(shí)電感線圈引腳MOl的電壓波形；
[0028]圖6為有漏電流時(shí)電感線圈引腳MOl的電壓波形。
【具體實(shí)施方式】
[0029]針對(duì)現(xiàn)有光伏逆變器漏電流檢測(cè)存在精度不高，價(jià)格昂貴的問題，本發(fā)明提出一種基于磁通門技術(shù)的光伏逆變器漏電流檢測(cè)方案，即利用可飽和的電感線圈，將光伏逆變器中微弱的毫安級(jí)別的交直流漏電流感應(yīng)出來，并且通過后續(xù)處理電路來量化出漏電流的大小，得到漏電流和輸出電壓的線性關(guān)系?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)計(jì)輸出電壓和漏電流的函數(shù)關(guān)系，從而得到不同量程，精度以及頻率范圍的光伏漏電流檢測(cè)裝置。
[0030]為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加清楚、明白，以下參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本發(fā)明所示方案進(jìn)一步地詳細(xì)說明。本發(fā)明所述的光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。裝置包括環(huán)形磁芯(I)，電感線圈(2)，用來固定電感線圈的方形固定支架(3)，后續(xù)處理電路板(4)，用于穿過光伏逆變器輸出線(5)的圓孔以及用于和控制板和輔助電源板連接的接口(6)。接口(6)引腳從左到右的名稱及說明如表I所示。
[0031]表I接口 6從左到右的引腳名稱及說明
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置，由傳感元件部分、后續(xù)處理電路部分、方形固定支架、控制板電路、連接接口、光伏逆變器輸出線構(gòu)成，其特征在于:傳感元件由細(xì)銅線繞制在環(huán)形磁芯材料上形成電感線圈而成，包括兩個(gè)繞組(2)即匝數(shù)較小的繞組M02-M04(7)、匝數(shù)較多的繞組M01-M03(8);后續(xù)處理電路包含恒流源電路(9)、方波激勵(lì)電路(10)、濾波偏置電路(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置，其特征在于:匝數(shù)較少的繞組M02-M04(7)和恒流源電路(9)結(jié)合，用于檢驗(yàn)?zāi)K能否正常工作；匝數(shù)較多的繞組M01-M03 (8)和方波激勵(lì)電路(10)結(jié)合，用于驅(qū)動(dòng)可飽和電感循環(huán)工作在磁滯回線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置，其特征在于:所述環(huán)形磁芯(I)用于加強(qiáng)由光伏逆變器輸出線(5)中的漏電流Ip和兩組繞組(2)中電流所引起的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，環(huán)形磁芯一般有選為微晶、非晶、坡莫合金等鐵磁材料制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置，其特征在于:所述濾波偏置電路(11)用于將MOl輸出電壓信號(hào)經(jīng)過濾波偏置處理后輸出電壓Vm，從而確定當(dāng)前漏電流的大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置，其特征在于:所述電感線圈在零磁通附近電感較大，在飽和時(shí)電感較小，并且電感由飽和到不飽和可突變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置，其特征在于:所述連接接口用于和光伏逆變器控制板和輔助電源電路連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置，其特征在于:所述方形固定支架用來固定電感線圈并便于和后續(xù)電路模塊進(jìn)行連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏逆變器漏電流檢測(cè)裝置，其特征在于:所述光伏逆變器輸出線從環(huán)形磁芯中穿過。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK103675396SQ201210336794
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月13日
【發(fā)明者】彭剛 申請(qǐng)人:武漢金天新能源科技有限公司